Schneider 伺服电机 BSH1002P31F2A

Schneider 伺服电机 BSH1002P31F2A

编码器的ABZ相

A相、B相、Z相旋转输出脉冲电压，三相脉冲各自独立，A相和B相脉冲量相等，但是A相和B相之间存在一个90°（电气角的一周期为360°）的电气角相位差，可以根据这个相位差来判断编码器旋转的方向是正转还是反转，正转时，A相超前B相90°*行相位输出，反转时，B相超前A相90°*行相位输出。Z相为一圈一个脉冲电压。

编码器线制：

是与编码器线数*不同的概念，指编码器接线数，如下图为5线制编码器接线图：

2.2倍频

注意： 只有增量式编码器具备倍频功能。绝对式码盘在任意位置都可给出与位置相对应的数字转角输出量，不存在四倍频的问题。

方波输出有两种，单相编码器输出一相脉冲，正交编码器输出两相相位相差90度的脉冲（在0度、90度、180度、270度相位角,这四个位置有上升沿和下降沿）。

编码器计数的时候可以只记上升沿（无倍频），单相脉冲记上升沿和下降沿（2倍频）；正交脉冲记所有上升沿就是2倍频，记所有上升和下降沿就是4倍频（方波最多只能做到4倍频）。

以正交编码器为例，4倍频的意义在于在1/4T方波周期就可以有方向变化的判断，这样1/4的T周期就是最小测量步距，通过电路对于这些上升沿与下降沿的判断,可以4倍于PPR读取位移的变化,这就是方波的四倍频。这种判断，也可以用逻辑来做，0代表低，1代表高，A/B两相在一个周期内变化是0 0，0 1，1 1，1 0 。这种判断不仅可以4倍频，还可以判断移动方向。

从经济性来讲，采用倍频电路可以有效提高分辨率，而不增加旋转编码器的光栅数，从而减少旋转编码器的制作难度和成本。

举例：如果电机装了一个2500线编码器，则在不倍频的情况下，电机每转一圈可输出2500个脉冲；如果经过4倍频电路处理，则可以得到一圈10000个脉冲的输出，电机一圈为360°，所以每个脉冲代表的位置为360°/10000，相比360°/2500, 分辨率提高4倍。

需要注意的是，四倍频2500线增量式编码器转一圈同样需要输入10000个脉冲。

2.3电机刚性与负载惯量比

电机刚性

电机刚性（与柔性相对）就是电机轴抗外界力矩干扰的能力，即电机转子的自锁能力。在伺服设置中，可以设定刚性等级，通常根据惯量比以及传动连接方式大致估测。

刚性与响应速度有关，一般情况下，刚性高的机械可通过提高伺服增益来提高响应性能：刚性越强，对应的速度环增益越大，其响应速度也越高，但是过高容易让电机产生机械共振，无法提高响应性能：在定位命令结束后，即使电机本身已经接近静止，机械传动端仍会出现持续摆动。因此有高响应需求的场合需要刚性较高的机械以避免机械共振。注意这里的机械刚性指机械的动态刚性，即机床抵抗受迫振动的能力大小。

在伺服应用中，用联轴器来连接电机和负载，就是刚性连接；而用同步带或者皮带来连接电机和负载，就是柔性连接。

响应时间：

电气系统的响应时间，即给定一个位置、速度、转矩指令，到电机运行至该位置、速度、转矩的时间。

对响应速度和刚性关系的具体解释：

在位置模式下，用力让电机偏转，如果伺服系统的响应速度够快，当伺服系统刚刚检测到偏差就立即输出一个较大的反向力，则电机偏转角度较小，说明伺服系统刚性较强。

转动惯量与转矩的关系

计算负载惯量的目的就是为计算加/减速转矩。

任何旋转物体均有惯量存在，惯量大小直接反应旋转时加/减速所需转矩大小及时间长短。因此选用电机时必须计算出电机的负载惯量，才能据此选择所需电机的规格。如若选定的电机无法在希望的加速时间到达预定转速，必定是电机输出转矩不符合负载的需求，须加大电机的输出转矩。

关于力矩、转矩和扭矩

力矩：力对刚体转动的影响，不仅与力的大小和方向有关，还与力相对于转矩的位置有关，为了描述力对刚体转动的作用，需要引入力对转轴的力矩这一新的物理量。

转矩：转矩即转动力矩，一般指旋转的物体所受到的力矩。

扭矩：任何元件在转矩的作用下，必定产生某种程度的扭转变形，因此习惯上又常把转动力矩叫扭转力矩，简称扭矩。

负载惯量比

电机惯量指的是转子本身的惯量（即转动惯量，只跟转动半径和物体质量有关），分为大、中、小惯量，从响应角度来讲，电机的转子惯量应小为好；从负载角度来看，电机的转子惯量越大越好。

负载惯量由工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成（即机械负载总惯量）.适用负载惯量通常小于伺服电机惯量的 5 倍，一般负载惯量超过电机转子惯量的10倍，可以认为惯量较大。

负载惯量比 = 负载惯量 / 电机自身转动惯量

电机刚性与负载惯量比之间的关系

负载的转动惯量对伺服电机传动系统的刚性影响很大，负载惯量比越大，伺服允许的刚性等级越低。固定增益下，伺服刚性相对转动惯量比过高时，易引起机械共振；反之则电机响应速度迟钝。为此需要做到惯量匹配，即设置合适的负载惯量比。一般是要调控制器增益改变系统响应，进而达到惯量匹配；也可以选用刚性较高的机台以避免机械共振（机台具有的容许响应频率）。

在伺服设定时，用户可自行选择刚性等级，伺服驱动器将自动产生一组匹配的增益参数，满足快速性与稳定性的需要，其前置条件为已正确获得负载惯量比。

如何理解伺服电机的刚性和惯量？

浅谈刚性、惯量、响应时间及伺服增益调整之间的关系

2.4电子齿轮

基本概念

电子齿轮：简单地说就是用电气控制技术代替机械传动机构。一般来说，电机与驱动机构是直连的，机械结构固定后，传动比也就固定了；利用电子齿轮可以增加传动系统的柔性，提高传动精度。

电子齿轮比：电机编码器接收脉冲与上位机发送脉冲之比，可在驱动器或者控制器上设置。由此可知：

例：车床用 10mm 丝杠，电机转动一圈机械移动 10mm，每移动 0.001mm 就需要电机旋转 1/10000 圈（0.001/10），而如果连接 5mm 丝杠（即电机转动一圈机械移动 5mm），且直径编程的话，每 0.001 的位移量就需要 1/5000 转，这时可以用电子齿轮设置，就可以保持脉冲当量不变。

详见：电子齿轮比计算方法

脉冲当量

脉冲当量是指控制器输出一个定位控制脉冲时，所产生的定位控制移动的位移。即单位脉冲的位移。线性运动是指距离，圆周运动是指角度。脉冲当量越小，定位控制的分辨率越高，加工精度也越高。所有的定位控制位移量以脉冲量为单位计算脉冲数。

3伺服系统控制原理

3.1三环控制

运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环、速度环和位置环。电流环反应速度最快，速度环的反应速度必须高于位置环，否则将会造成电机运转的震动或反映不良。伺服驱动器的设计可尽量确保电流环具备良好的反应性能，故用户只需调整位置环、速度环的增益即可。

伺服的控制方式有3种，分别是位置控制、速度控制和转矩控制。

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